Характеристика фаз в гжх
В ГЖХ используются: 1) подвижная фаза, 2) неподвижная фаза, 3) твердый инертный носитель (адсорбент).
Подвижная фаза
Подвижной фазой в ГЖХ являются газы или водяной пар, они служат для элюирования компонентов пробы через колонку. Основные требования, которые предъявляют к подвижным фазам:
- инертность к разделяемым компонентам, к неподвижной фазе и материалам колонки
обеспечение высокой чувствительности детектора
минимальное растворение в неподвижной фазе
высокая чистота газа (пара)
доступность и безопасность в работе
Наиболее часто используют газы: He,Ar,N2,H2. Реже - СО2, сжатый воздух, органический и водяной пар.
H2 – имеет малую вязкость (можно работать с длинными колонками), не является химически инертным газом, взрывоопасен. Редко используется в качестве газа-носителя.
He– высокая теплопроводность, достаточно высокая инертность. Наиболее часто используется в лабораторной практике. Относительно высокая стоимость.
N2 – низкая теплопроводность, значительная вязкость. Редко используется.
Ar – загрязнен примесямиH2О, О2, N2 которые снижают работоспособность детектора. Вязкость несколько выше, чем у азота и гелия.
В комплекте прибора есть блок подготовки (регулировки) газа-носителя, он обеспечивает постоянство скорости газа-носителя.
Неподвижная фаза
Хроматографическая колонка представляет собой трубку с фиксированной неподвижной жидкой фазой, через которую протекает подвижная фаза. В зависимости от расположения неподвижной фазы колонки делятся на насадочные (набивные) и капиллярные
Насадочные (набивные) колонки
Насадочные колонки наполнены адсорбентом (система газ −адсорбент) или инертным твердым носителем, обработанным жидкой неподвижной фазой (система газ −жидкость).
Материалом для насадочных колонок является нержавеющая сталь, никель, медь, алюминий, стекло или фторопласт.
Металлические колонки (медные, алюминиевые, из нержавеющей стали) отличаются прочностью. Их легко термостатировать и перед использованием следует тщательно очищать (раствором соляной кислоты, органическими растворителями). Медные и алюминиевые колонки используют для анализа углеводородов и других инертных соединений. Колонки из фторопласта (тефлона) используют для анализа коррозионно-активных веществ и при выполнении анализов на содержание малых примесей высокополярных соединений (вода, аммиак и т.п.) при температуре более 90−100°С.
Стеклянные колонки (cтекло пирекс) используют при анализе полярных соединений. Достоинством колонки является возможность визуального наблюдения за состоянием насадки как в процессе набивки, так и в процессе анализа. Недостатком является хрупкость.
Эффективность этих колонок зависит от размеров зерен насадки, от способа нанесения НЖФ на твердый носитель и от тщательности набивки трубки сорбентом.
Микронасадочные колонки отличаются от насадочных только длинной и внутренним диаметром трубок.
Капиллярные колонки
Капиллярные колонки имеют неподвижную фазу, твердую либо жидкую, нанесенную в виде тонкого слоя (толщиной максимум несколько мкм) на внутреннюю стенку капилляра, остальное пространство остается полой. Поток газа движется по такой колонке с большой линейной скоростью, не встречая значительного сопротивления. Несмотря на
большую длину, для обеспечения необходимых расходов газа-носителя через капиллярную колонку оказывается достаточным примерно такое же входное давление, что и при работе с насадочными колонками.
Капиллярные колонки делят на:
− открытые (незаполненные) (ООК) - классические;
− открытые с пористым слоем (ОКК-ПС);
− открытые с твердым носителем (ОКК-ТН)
Отличительной особенностью капиллярных колонок является очень высокая эффективность (до нескольких тысяч теоретических тарелок на 1 м). ООК используют для разделения многокомпонентной смесей. Однако толщина пленки НЖФ (0,1−0,8 мкм) не позволяет достичь высокой емкости колонки при анализе концентрированных растворов.
Нельзя разделить вещества с низкой молекулярной массой или инертные газы при обычных температурах (для этого используют ОКК-ПС и ООК- ТН).
ОКК-ПС - это капиллярные колонки, на внутренние стенки которых нанесен слой адсорбента (Al2O3/KCl), молекулярные сита или пористые полимеры (порапак Q). К недостаткам этих колонок можно отнести меньшую эффективность по сравнению с ОКК-ТН, невысокую инертность и снижение стабильности и воспроизводимости во времени.
ОКК–ТН - капиллярные колонки, на внутренних стенках которых нанесен слой носителя с НЖФ. Последняя наносится на твердый носитель, прикрепленный к стенке колонки. Основным достоинством является применение широкого ассортимента НЖФ.
Эффективность работы капиллярной колонки в значительной мере определяется чистотой и однородностью внутренней поверхности капилляра.
Капиллярные колонки изготавливают из нержавеющей стали, меди, стекла или кварца и применяют в тех случаях, когда насадочные колонки не позволяют достаточно хорошо разделять компоненты, либо когда для хорошего разделения требуется слишком длительное время.
Наиболее широкое распространение получили капилляры из стекла, позволяющие анализировать термически и каталитически неустойчивые, а также высокомолекулярные соединения. Стекла (натрий-кальциевые, боросиликатные) наиболее дешевы и доступны, к тому же инертнее и стабильнее, чем металлические. К недостаткам относят высокую остаточную адсорбционную активность (особенно по отношению к полярным соединениям) и низкую механическую прочность.
Перечисленные выше недостатки для стеклянных колонок отсутствуют у кварцевых капиллярных колонок. Низкая остаточная адсорбционная активность достигается использованием химически чистого SiO2. Неподвижной фазой в ГЖХ служит обычно практически нелетучая при температуре колонки жидкость, нанесенная на твердый носитель или непосредственно на стенки капилляра и растворяющая компоненты разделяемой смеси. Неподвижная фаза является тем участком хроматографического разделения, который определяет последовательность выхода из колонки компонентов разделяемой смеси а также определяет времена удерживания. Селективность разделения обеспечивается природой жидкой фазы. В настоящее время их около 1000 видов. Требования, предъявляемые к неподвижной фазе:
а) высокая селективность, т.е. свойство, достаточное для полного разделения смеси компонентов одного гомологического ряда или для разделения смеси веществ, относящихся к двум или нескольким гомологическим рядам,
б) химическая инертность к твердому носителю, газу-носителю, материалу колонки
в) химическая стабильность в условиях разделения при высоких температурах и давлении
г) низкое давление пара жидкости при температуре анализа (не должна испаряться), существует верхний температурный предел (ВТП), при этой температуре содержание жидкой фазы в газе не должно превышать 10-6г/см3
д) малая вязкость, е) отсутствие примесей, ж) доступность
В решении задачи подбора неподвижной фазы лежит теория растворов, а также знание физико-химических свойств растворителей и растворяющихся веществ. При выборе неподвижной фазы следует учитывать, что неполярные вещества обычно лучше разделяются на неполярных фазах и пользоваться известным правилом: «подобное растворяется в подобном». Основываясь на этом правиле, для разделения смеси веществ необходимо выбрать неподвижную фазу, подобную по химической природе и свойствам каким-либо компонентам разделяемой смеси. Пример: спирт + парафиновый УВ. Фаза с функциональной группой – лучше растворится спирт, он будет вымываться из колонки последним, а парафин – первым.
Жидкие фазы делятся: 1) неполярные 2) полярные 3)полуполярные
1) Неполярные фазы
а) Нормальные парафины С12-С18, медицинское вазелиновое масло. Насыщенный УВ «Сквалан»С30Н62 – его полярность равна 0, используют для анализа смеси УВ насыщенных и ароматических. Насыщенные УВ лучше растворяются в«Сквалане» и выходят в порядке увеличения их ТоCкипения. Ароматические УВ (более полярные) хуже растворяются и выходят раньше (первыми). Недостаток - (верхний температурный предел) ВТП – всего 100оС, может происходить разрушение фазы. Позволяет делить УВ (легкие) до Т=250оС (рис.
Jаром.УВ 
С7 С9
С8
С10
t,
мин
б) Насыщенные фторированные УВ – Апиезоны (L,M,N). Введение галогена – фтора, придает стабильность, ВТП выше, чем у «Сквалана»
в) Силиконовые масла
R1
R1
–Si–O–Si–
R2 R2
Если: R1 – Н,R2 – СН3 – это метилсиликоновые маслаDC-200, DC-500, OV-101
R1 иR2 – СН3 - полиметилсиликоновые масла
R1 - СН3, R2 - С6Н5(фенил) – полиметилфенилсиликоновые маслаПМФС, SE-30
R1 - СН3, R2 – СNXE-60–является одной из высокоселективных фаз, полуполярная